Physik 10 · Bewegung und Kräfte

Kräfte addieren und zerlegen

Eine Kraft hat einen Betrag und eine Richtung, deshalb zeichnet man sie als Pfeil. Greifen mehrere Kräfte an einem Körper an, wirkt es so, als wäre da nur eine einzige Kraft: die Gesamtkraft. Umgekehrt lässt sich eine Kraft in zwei Teilkräfte zerlegen. Du findest beides, wenn du die Pfeile aneinandersetzt oder ein Parallelogramm zeichnest.

So gehst du vor

1Addieren: Ziehe die Spitzen der Pfeile. Die Gesamtkraft und die Rechnung laufen mit. Vergleiche Parallelogramm und aneinandergesetzte Pfeile.
2Gleichgewicht: Bestimme zuerst, wie groß F₃ sein muss und wohin sie zeigt. Ziehe den Pfeil und lass den Ring los.
3Zerlegen: Ziehe die Aufhängungen der Seile. Lies ab, wie die Seilkräfte vom Winkel abhängen, und übernimm Messwerte in die Tabelle.

Teil

F₁= 4,1 N, Richtung 14°

F₂= 3,2 N, Richtung 72°

F_ges= 6,4 N, Richtung 39°

Anteil nach rechts: 5,0 N, Anteil nach oben: 4,0 N. Die Summe der Beträge wäre 7,3 N.

Richtung: Winkel gegen die Waagerechte nach rechts, gegen den Uhrzeigersinn gemessen.

Aufträge

Addieren: Stelle F₁ = 3 N nach rechts und F₂ = 4 N nach oben ein. Bestimme die Gesamtkraft zeichnerisch und mit dem Satz des Pythagoras.
Lass die Beträge 3 N und 4 N gleich und ändere nur den Winkel zwischen den Pfeilen. Was ist die größte, was die kleinste Gesamtkraft? Wann ist die Gesamtkraft also genauso groß wie die Summe der Beträge?
Schalte die dritte Kraft ein. Tausche in Gedanken die Reihenfolge der Pfeile: Ändert sich die Gesamtkraft? Stelle drei Kräfte ein, deren Gesamtkraft null ist. Was fällt an den Pfeilen auf?
Gleichgewicht: Löse drei Aufgaben. Bestimme F₃ jedes Mal zuerst auf dem Papier: Zeichne die Pfeile im Maßstab und miss.
Zerlegen: Miss die Seilkraft bei α = 30°, 60°, 90°, 120°, 150° und mehr. Bei welchem Winkel ist jede Seilkraft genauso groß wie die Gewichtskraft?
Ziehe die Aufhängungen weit auseinander und fast auf die Höhe der Last. Warum kann man ein Seil nie ganz gerade spannen, wenn etwas daran hängt? Nenne ein Beispiel aus dem Alltag.
Schalte „beide Seile gleich“ aus und hänge ein Seil steiler. Welches Seil trägt mehr? Begründe am Parallelogramm.